大型沼气厌氧池侧进式搅拌流场的数值模拟分析.pdf

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1、第33卷第l期2017年2月化学反应工程与工艺ChemicalReactionEngineeringandTechnology、，0133．No1Feb．2017文章编号：1001--7631(2017)01—0吣2—08DOI：10．11730，j．issn．1001—7631．2017．01．0082．08大型沼气厌氧池侧进式搅拌流场的数值模拟分析梁敬福，黄振峰，李欣欣广西大学机械工程学院，广西南宁530004摘要：为了研究直径和高度均为16m的大型沼气池内单个侧进式搅拌器的搅拌效果，采用流体力学软件Flu

2、ent，以多重参考系法、RNG肛8湍流模型及压力．速度耦合SIMPLEC算法，对搅拌流场进行三维数值模拟，并分析了不同的安装角度、离底高度、搅拌转速及搅拌桨叶直径对搅拌功率、有效区百分比和防沉淀效果的影响。研究结果表明，当搅拌转速大于450r／min和搅拌桨叶直径大于750mm时，有效区百分比均达到最大值70％；当水平夹角a为30。时，搅拌效果达到最好；垂直夹角口偏向池底和离底高度小于8m时，有利于防止池底沉淀的产生。关键词：大型沼气池侧进式推进式搅拌器数值模拟中图分类号：TQ051．7文献标识码：A将计算流体

3、力学技术应用于搅拌池的数值模拟进行流体混合搅拌的优化设计已经是一项较为成熟的研究，但对侧进式搅拌器的研究相对比较少[1～l。Wesselinghl4】对不同尺寸的单个侧进式搅拌器下搅拌槽内的混合时间进行了实验研究，模拟分析了桨型、推进桨偏角、雷诺数等不同条件下的流场和混合时间，模拟结果与实验测量结果吻合。Asghar等【5J采用RNG湍流模型对混有两类原油的贮罐在单个侧进式搅拌不同因素下对混合时间的影响。方健等[6，7】对具有4台侧进式搅拌器运行下搅拌槽内的流体流动特征、混合过程进行了数值模拟，计算了不同雷诺数

4、下此类搅拌器的功率准数，并得到了功率曲线，而且研究了不同的示踪剂加料点、监测点位置、搅拌轴偏转角对混合时间的影响规律。张林进等【8]对烟气脱硫吸收塔底部浆液池的侧进式搅拌流场进行了数值模拟，研究了搅拌转速和搅拌桨安装角度等因素对三维流场的影响规律。郑晓东等[9]针对侧伸式搅拌槽，研究了搅拌桨安装位置、通气速率、固体颗粒浓度和液位高度对侧伸式搅拌槽颗粒悬浮性能的影响。陈佳等【lo】采用计算流体力学技术对直径和高度均为13m的大型侧进式搅拌釜内均相宏观流场进行数值计算，考察了不同搅拌转速、搅拌桨安装角度及个数对釜内

5、低速死区分布的影响。由于对单个搅拌器情况下的大型搅拌池的研究还不够系统性，有些企业仍依赖以往的经验对大型搅拌池的侧进式搅拌器进行安装和运行，在实际运行中不紧搅拌功耗大，而且搅拌效果也往往不尽理想。本研究针对单个侧进式搅拌器作用下的沼气反应池模型，使用Fluent软件对搅拌流场进行三维数值模拟，分析讨论搅拌转速、直径和安装水平夹角、垂直夹角、离底高度五个因素分别对搅拌功率、有效区百分比、搅拌流场和防沉淀效果的影响，以期为侧进式搅拌器的优化设计、工程实际应用提供参考依据。收稿日期：2016．11．24；修订日期：2

6、017—02—04。作者简介：梁敬福(1989一)，男，硕士研究生；黄振峰(1963一)，男，教授，通讯联系人。E-mail：1806670693@qq．corn。基金项目：广西大学横向课题(BB30100005)。第33卷第1期梁敬福等．大型沼气厌氧池侧进式搅拌流场的数值模拟分析831模型部分1．1物理模型的建立计算模型是按某环保科技公司设计的大型沼气搅拌池实际尺寸简化而形成的。搅拌池为地上立式圆形池，底部为平底，池的直径D为16m，池的高度H为16m。对于单桨侧进式搅拌，搅拌器在XZ平面上与X轴负方向的夹角

7、设定为水平夹角口，定义偏向】，轴正方向为正。搅拌器在XY平面上与x轴负方向的夹角设定为垂直夹角卢，定义偏向z轴负方向为负。搅拌器的搅拌轴与厌氧池壁相交处到池底的距离定义为池底距离h，如图1所示。搅拌器类型采用行业标准(HG／T3796．8—2005)的三叶右旋推进式搅拌器，简化的搅拌器三维模型如图2所示。搅拌器插入池内的轴长固定为2．8m。为了简化计算，假设搅拌池为装满液体的封闭池体，不设置有进料口和废料排出口。数值模拟的三维物理模型使用具有良好三维建模功能的UG软件建立。图1搅拌模型示意Fig．1Schema

8、ticdiagramofmixingmodel图2推进式搅拌器三维模型Fig．2Threedimensionalmodelofpropelleragitator1．2模拟参数的设计影响侧进式搅拌器的搅拌功率和搅拌混合效果的主要因素有搅拌池内液体的粘度、搅拌桨叶直径、搅拌转速、搅拌器距池底的高度、搅拌轴与池径向水平夹角和垂直夹角等。本研究的厌氧池内发酵液的固体含量约为10％，发酵池内的温